破碎波作用下直立堤的运动及其稳定性

分别建立了直立式防波堤与破碎波相互作用、防波堤的弹性振动、滑移运动和遥摆运动分析模型，对破碎波冲击作用下防波堤的弹性振动-滑移运动-摇摆运动过程进行了数值模拟，研究了各种运动对破碎波冲击力及其作用效应-防波堤的位移、转角、滑移力和倾覆力矩的影响。     

沉箱式防波堤的稳定性分析

运用有限元方法和动力分析方法,对沉箱式防波堤在近破波作用下的动力响应进行了研究。在确定滑移位移和转角为防波堤的主要参考动力响应参量的情况下,对能够产生运动的滑移和摇摆两种运动形式进行了动力分析,并提出了滑移位移和转角随时间历程的变化趋势。     

1／4圆弧面胸墙沉箱防波堤可靠度分项系数

1／4圆弧面胸墙沉箱防波堤是一种适合于深水港的新型防波堤。文章首先利用修正的合田良实波浪力公式计算防波堤堤身波浪力分布特性;考虑作用在防波堤堤身的波浪力之间、波浪力矩之间相关性,采用考虑相关变量的可靠性分析方法,基于工程海域实测波浪数据,针对不同工况下的防波堤,确定该类型结构的可靠指标、失效概率。对应于我国现行安全度水平,提出各荷载的分项系数建议值,以及深水1／4圆弧面胸墙沉箱防波堤的抗滑移、抗倾覆破坏的设计表达式。为其结构设计提供理论依据。     

斜入射水波对直立防波堤的波浪渗流作用

基于Biot渗流固结理论和水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了对应直立防波堤的绕射波势和波浪引起的海床内渗流压力分布的解析式,由此计算了作用于直立防波堤底部上由波浪渗流压力所导致的浮托力和倾覆力矩,并与水平波浪力和力矩进行了相应比较。计算结果表明,在一定条件下,波浪渗流作用与水平波浪作用可以具有相同的量级。波浪入射角,防波堤前侧透空及海况条件防波堤几何尺寸等因素的相对变化对波浪渗流作用均存在一定的影响,其中对渗流倾覆力矩的影响更为明显。     

直立式防波堤的滑移设计

在防波堤设计中允许出现一定的滑移量,是防波堤的一个新的发展趋向。本文建立了破碎冲击作用下防波堤的振动－滑移运动分析模型,提出了防波堤滑移设计的一种方法,并研究了滑移对防波提稳定性的影响。     

软黏土地基上沉箱式防波堤在波浪作用下失稳模式分析

沉箱式防波堤作为一种典型的防波堤结构形式,以往大多建立在地质条件较好的水域。随着海岸建筑物向离岸、深水和地基软弱地区的发展,恶劣的海洋环境及软弱的地质条件对防波堤设计理论和方法提出了新的、更高的要求。结合实际工程,利用规范方法对沉箱式防波堤稳定性进行了验算并得出最危险工况。通过有限元法研究其失稳机理与破坏模式,分别对无护肩块石、有护肩块石的沉箱式防波堤两种工况进行计算分析,计算结果表明:随着波浪力的增加,软黏土地基尚未形成贯通塑性区发生破坏时,无护肩块石的沉箱式防波堤首先发生滑移失稳破坏;有护肩块石的沉箱式防波堤首先发生倾覆失稳破坏,并且与规范中以后踵为转动点不同,失稳模式为绕沉箱底面以下中轴线偏右某点发生转动失稳。     

货舱内液化矿砂晃荡机理及数值计算研究

装载含水量较高矿砂的船舶在长时间摇摆和振动时,装载的矿砂会出现液化现象,其中的水分会析出,并在矿砂表面形成自由液面.受液化矿砂的粘性流动及表层液面的影响,运输该类货物的船舶易发生倾覆事故.建立了载有液化矿砂的三维货舱数值模型,探讨了货舱晃荡时矿砂液面、壁面载荷以及货舱横摇力矩的变化规律等;结合横摇实验现象对液化矿砂晃动机理和危害性进行了初步验证.结果表明：货舱内粘性矿砂的流动滞后于货舱的横摇运动,因而货舱横摇力矩的变化与货舱运动存在着相位滞后的关系,其最大值发生在货舱处于最大晃动角度后返回到平衡位置的过程中;货舱回摇过程中,倾侧的液化矿砂不能及时回流,会在一侧产生堆积,进而增加船舶倾侧力矩,最终可能会导致船舶倾覆.     

红土镍矿运输船倾覆的机理研究

红土镍矿是一种非常特殊的矿物质,在运输过程中,如果船舶遭遇风浪,或船舶本身长时间的振动,都会导致该矿石的表面液化。液化后的混合液体具有较强粘性,可以形成自由液面。为分析、解释运输该种货物船舶发生倾覆沉没的原因,此文采用数学建模的方法,对运输红土镍矿的船舶进行了模拟计算。得出的初步结论是粘性流体在舱内的运动与船舶的摇摆运动存在一个相位滞后关系,当船舶的横摇周期有利于相位滞后一个适当的位置时,粘性流体就无法返回到原来的位置,而是在船舶一侧继续堆积,形成越来越大的外力矩,使船舶最终倾覆沉没。     

非线性船舶摇摆与倾覆的复杂动力学行为分析

针对船舶非线性摇摆与倾覆动力学行为的复杂特性,提出一种能更好预测、避免倾覆事件发生的非线性横摇运动系统。以船舶在规则波中的线性横摇运动方程为基础,根据阻尼、恢复力矩等非线性因素,结合时滞因素,得到改进的时滞条件下的非线性横摇运动系统,改进传统线性系统在模拟船舶摇摆问题中精度不够的缺陷,构建了一种复杂非线性动力系统的新模式。计算结果表明,该方法能够得到稳定态或混沌态的相关参数,并发现了阻尼、振幅以及延迟等参数影响下运动状态的改变规律,为复杂优化问题的求解提供了有效手段。     

船舶撞击下重力墩式码头的振动分析方法

针对深海开敞式重力墩式码头，建立船舶－－防冲设备－－重力式墩的振动系统模型、提出该振劝系统多、转动、船舶撞击力、以及重力墩没移力和倾覆力矩的振动计算方法， 有关参数对动力响应的特性的影响，并对某重力墩式码头进行振动分析。     

6750箱集装箱船非线性波激振动和颤振响应分析

本文采用三维时域非线性水弹性方法分析了一艘6750箱集装箱船的水弹性响应以及运动和垂向弯矩特征。通过考虑入射波力、静水恢复力、砰击效应的非线性,研究了在恶劣海况下船体的非线性运动和垂向弯矩响应,同时分析了波激振动及颤振对垂向弯矩的影响。数值计算结果表明:(1)非线性入射波力对运动的影响较小,但是对垂向弯矩的影响较大,使得其有明显的倍频成分,同时中垂弯矩显著大于中拱弯矩。另外,非线性入射波力也引起了明显的非线性波激振动;(2)非线性静水恢复力对运动和载荷的影响均较大,但是没有引起明显的非线性响应。非线性计算的垂荡响应小于线性结果,而纵摇和垂向弯矩响应大于线性结果;(3)砰击效应对运动的影响较小,但对垂向弯矩的影响较大,砰击效应引起了显著的船体弹性高频振动,增大了载荷幅值,但是其引起的合成中垂和中拱幅值相差不大;(4)非线性水动力的作用主要引起垂向弯矩的倍频响应,包括倍频可能引起的二节点垂向弯矩弹性共振,而砰击效应主要引起船体二节点垂向弯矩共振;(5)本文的非线性水弹性响应计算结果与Kim给出的数值计算结果吻合很好。     

三角形沉箱新结构研究

结合长江南京以下深水航道建设工程一期工程结构设计投标,研究开发了三角形沉箱这一新型沉箱结构形式,提出了结构设计方法。研究表明,三角形沉箱采用与水平面夹角不大于60°的侧板可显著提高抗倾稳定性、抗滑稳定性,减小基底应力;具有斜坡堤无立波效应、承受波浪力小、基底应力小、对地基承载力要求不高的优点,又有重力式结构堤石料用量少、预制安装施工效率高的优点,可用于防波堤、防沙堤、整治建筑物等堤坝工程。     

重力式方块码头的抗震动力性能分析

以抗震性能相对较差的带有卸荷板的重力式方块码头为研究对象,首先对其在静力荷载作用下的变形和等效应力及稳定性进行了初步分析,然后对其在规范拟静力地震作用下和基于动力时程的强震记录下的水平地震惯性力、水平和竖向变形、最大等效应力、抗滑移和抗倾覆稳定性进行了对比分析。结果表明强震作用下除了码头的抗倾覆和抗滑移验算外,对结构的水平残余变形和竖向沉降变形同样要给予密切的关注,按当前规范给出的标准进行抗震设计,罕遇地震下会存在一定的风险。     

浮式防波堤的研究

本文研究了在规则波作下锚泊浮堤的运动响应、消波性能、横漂力引起的提体横漂量以及链的受力情况，并预报浮堤在不规则波中的消波性能。理论计算应用了Frank源汇分布法和Grim切片理论，采用丸尾的远场积分法计算二阶漂移力，采用Kim法计算无穷远处的反射波波幅，用传统的悬链线理论对锚泊系统作静力计算。研究目的在于用理论方法预测浮式防波堤的特性并优化防波堤的形状。研究结果已成功地用于三峡水库导航防波堤的设计。     

有波浪力重力式码头稳定性可靠指标的简化计算

研究了有波浪力情况下重力式码头的抗滑、抗倾稳定性抗力和荷载效应的统计特征,提出了抗滑、抗倾稳定性可靠指标的简化计算公式,根据10个方块码头和46个沉箱码头的JC法可靠指标计算结果确定了简化计算公式和简化设计公式的参数。研究表明,波浪力占总荷载效应的比例对可靠指标的计算结果影响很大;对于同种类型的重力式码头,在相同的墙后填料情况下,抗滑、抗倾稳定性计算中抗力和荷载效应的均值系数和变异系数可视为常数;采用简化公式计算的重力式码头抗滑、抗倾稳定性可靠指标与JC法的计算结果非常接近。     

一种新型浮式防波堤的试验研究

浮式防波堤具有不影响相应海域物质交换、造价随水深变化不大等优点,但其消波效果较差且对锚泊系统要求高等因素,减缓了它向实际工程转化的步伐。本研究综合考虑阻挡反射、紊动耗能、波峰耗散多种消波机理,进而提出一种由多菱形模块拼装而成的多孔浮式防波堤结构,并对该结构进行物理模型试验。试验结果表明。该结构型式的浮堤消波效果好且受波浪力小。     

Structural safety assessment of a pontoon-type VLFS considering damage to the breakwater

 A structural safety assessment of a pontoon-type very large floating structure (VLFS) surrounded by a gravity-type breakwater was carried out for extreme wave conditions by considering the damage to the breakwater. Bending and shear collapses are considered to be a failure mode of the floating structure, while overturning damages the breakwater. The probability of the breakwater overturning, and the transmitted wave height before and after damage to the breakwater, are evaluated using design formulae for port and harbor facilities in Japan. The ultimate bending and shear strengths of the floating structure are calculated by the idealized structural unit method (ISUM) and FEM, respectively. The calculated failure probability for the floating structure is compared with the specified target safety level. It was found that the floating structure under consideration is most likely to fail by bending in transverse waves, and that the corresponding failure probability satisfies the target level. Received: September 12, 2002 / Accepted: October 4, 2002 Acknowledgment. The authors are grateful to Dr. Shigeo Ohmatsu, National Maritime Research Institute, Japan, for allowing us to use the program of hydroelastic response analysis. Address correspondence to: M. Fujikubo (e-mail: fujikubo@naoe.hiroshima-u.ac.jp) Updated from the Japanese original, which won the 2002 SNAJ prize (J Soc Arthit Jpn 2002;190:337–345)     

挡土墙被动土压力分布与被动侧压力系数

采用库仑土压力理论假设:挡土墙被动土压力是由墙后填土在被动极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力、竖向力和力矩平衡条件,建立挡土墙被动土压力强度的一阶微分方程,给出了被动侧压力系数、被动土压力强度、被动土压力合力和被动土压力合力作用点的理论公式,并分析了被动极限平衡状态下填土内摩擦角和墙背摩擦角对被动侧压力系数、被动土压力强度、被动土压力合力、被动土压力合力作用点和抗倾稳定性的影响。结果表明,随着填土同墙背间摩擦角增大,被动侧压力系数K值和被动土压力合力作用点高度减小,水平被动土压力合力增大,水平被动土压力合力对墙底的合力矩保持不变。